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Multibeam Femtosecond Laser System for High Throughput Micro-drilling of HLFC Structures

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La mejora de la perforación láser aumenta el rendimiento aerodinámico de las aeronaves

Los avances en los láseres ultrarrápidos de alta potencia permiten realizar perforaciones de alta precisión en revestimiento de las aeronaves sin sacrificar la productividad.

Tecnologías industriales

Los pulsos láser intensos de una milbillonésima de segundo de duración tienen importantes implicaciones para la investigación científica básica y para las aplicaciones prácticas. Una de sus aplicaciones más importantes es la fabricación y transformación de metales.

La tecnología debe responder a la productividad

A pesar del potencial de los láseres de femtosegundos, es difícil incorporarlos a tecnologías industriales para procesar grandes superficies, volúmenes o un gran número de piezas. Seis empresas europeas han unido sus fuerzas en el proyecto MULTIPOINT, financiado con fondos europeos, con un objetivo: desarrollar un sistema láser de femtosegundos que equilibre la relación entre precisión y productividad en los procesos de fabricación industrial. «Los láseres de pulsos ultracortos destacan por su capacidad para mecanizar con precisión materiales y estructuras con un daño térmico mínimo. Sin embargo, esta extraordinaria precisión se logra a expensas de la productividad», señala el coordinador del proyecto, Roberto Ocaña. Para aumentar la productividad, al tiempo que se mantiene la precisión, los investigadores emplearon dos estrategias. La primera consistió en construir láseres de pulsos ultracortos con potencias medias más altas. La segunda fue desarrollar una unidad óptica de generación de haces múltiples que divide ese rayo láser principal en varios. De este modo, se creó una multiherramienta que maximiza la cantidad de material procesado. Además, el sistema láser incorpora un sistema de control que garantiza la calidad en cada etapa del proceso de fabricación. «Las tecnologías para construir un sistema láser de este tipo están disponibles, pero su materialización no es nada sencilla», explica Ocaña.

La perforación de agujeros en estructuras aeronáuticas vive una gran revolución

«Desarrollamos un láser que ofrece una potencia media de 700 W, muy superior a la de los láseres comerciales. La frecuencia de repetición de los pulsos oscila entre 300 y 700 kHz, lo que corresponde a una energía de pulso de 0,97 a 2,27 mJ, respectivamente», informa Ocaña. Una de las futuras aplicaciones de este sistema láser de femtosegundos es la microperforación de alta productividad. «Hay una demanda cada vez mayor de un mecanizado satisfactorio con herramientas pequeñas. La microperforación es fundamental para la producción de microfiltros, electrolizadores de hidrógeno, paneles acústicos y paneles de control de flujo laminar híbrido (HLFC, por sus siglas en inglés)», señala Ocaña. El equipo de MULTIPOINT se centró en la perforación de paneles de titanio de grandes dimensiones. La tecnología de HLFC ha demostrado mejorar el consumo de combustible en las aeronaves comerciales hasta en un 10 %. Los paneles HLFC colocados en las alas o en los estabilizadores de cola ofrecen una forma de reducir la resistencia por fricción mediante la succión del aire a través de pequeños agujeros. «En la actualidad, no existen prototipos de láseres de femtosegundos capaces de micromecanizar láminas de gran tamaño. Los láseres de femtosegundos actuales pueden procesar áreas más pequeñas, tienen potencias medias mucho más bajas y cuentan con sistemas sencillos de producción de haces. Un sistema de láser de femtosegundos de alta potencia capaz de procesar con un sistema multihaz en un área de aproximadamente 2 x 2 m2 es único en el mundo», señala Ocaña. Existen otras técnicas de perforación láser alternativas a los láseres de femtosegundos para la perforación del revestimiento, que pueden alcanzar un alto rendimiento de unos trescientos orificios por segundo. Sin embargo, estas técnicas láser producen rebabas y salpicaduras de material fundido alrededor del perímetro del orificio que luego deben eliminarse mediante grabado y pulido. «Se espera que el láser MULTIPOINT minimice los pasos de posprocesamiento y aumente la calidad del proceso de microperforación, al tiempo que se mantienen unos niveles de productividad razonables», subraya Ocaña.

El importante papel de la financiación europea

Los investigadores y las empresas suelen tener dificultades para hacer despegar sus ideas, aunque cuenten con los conocimientos. «Llevar una idea a buen puerto implica la participación de un gran número de empresas e investigadores que trabajan en diferentes campos. La financiación de la Unión Europea (UE) nos ha ayudado mucho en este sentido. Disponer de herramientas que nos permitan probar tecnologías fotónicas avanzadas es crucial para consolidar la posición de liderazgo de la UE en este campo a nivel mundial», concluye Ocaña.

Palabras clave

MULTIPOINT, productividad, láser de femtosegundos, microperforación, perforación láser, perforación, control de flujo laminar híbrido

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